В России выяснили, как ускорить зарядку натрий-ионных аккумуляторов
Ученые СПбГМТУ предложили способ ускорить зарядку натрий-ионных аккумуляторов.
Ученые Санкт-Петербургского государственного морского технического университета в составе международной исследовательской группы предложили способ ускорить процессы зарядки и разрядки натрий-ионных аккумуляторов за счет улучшенной электропроводности и большей емкости по натрию катода из селенида молибдена, результаты работ представлены в Inorganic Chemistry.
По словам авторов, введение атомов углерода между слоями катодного материала позволит также увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.
В последнее время литий-ионные аккумуляторы привлекают большое внимание из-за их высокой плотности энергии/мощности и длительного срока службы. При этом высокая цена и ограниченность запасов лития в земной коре сдерживают их дальнейшее применение, рассказали специалисты СПбГМТУ. Поскольку количество устройств с литий-ионными аккумуляторами растет из года в год, а запасы литий-содержащих минералов ограничены и локализованы лишь в некоторых странах, эксперты прогнозируют дефицит это вида накопителей заряда уже к 2025 году.
Альтернатива литий-ионным аккумуляторам — натрий-ионные аккумуляторы, отметили специалисты. При одинаковом принципе работы при замене металла необходимо полностью заменять и материалы электродов в аккумуляторах, что связано с разными радиусами ионов лития и натрия. Поскольку при разрядке и зарядке ионы должны обратимо встраиваться в материал анода, межслоевое расстояние должно быть достаточным для интеркаляции ионов натрия.
Несмотря на то что натрий-ионные АКБ начали появляться на рынке, они пока проходят стадию разработки, сейчас проводятся работы, направленные на поиск оптимальных конструкторских решений, новых материалов и по усовершенствованию технологии их производства, пояснили эксперты. Дополнительные сложности с такими накопителями заряда возникают из-за низкой скорости процессов зарядки и разрядки аккумулятора, что также связано с большим размером катиона натрия.
Ученые СПбГМТУ, Института ионно-плазменных и лазерных технологий имени У. А. Арифова Академии наук Республики Узбекистан и Хэбэйского технологического университета (Китай) показали, что введение атомов углерода между слоями Se-Mo-Se может ускорить кинетику процессов зарядки-разрядки из-за увеличения расстояния между слоями MoSe2 за счет улучшенной электропроводности, создаваемой углеродными монослоями, одновременно уменьшая изменение объема во время процесса циклирования, что повышает стабильность работы накопителя энергии при увеличении количества циклов зарядки-разрядки.
«Разработанные устройства на основе анодов MoSe2/C могут достигать высокой плотности энергии — приблизительно в 1,5 раза выше аналогов. Что сравнимо с показателями промышленных литий-ионных батарей», — заявил один из авторов исследования, профессор кафедры материаловедения и технологии материалов СПбГМТУ Олег Толочко.
По его словам, с подобными характеристиками предложенный тип двумерной гетероструктуры MoSe2/C можно рассматривать как электрод с большим потенциалом применения для анодов высокопроизводительных натрий-ионных аккумуляторов.
Работа поддержана министерством науки и высшего образования (проект 0784-2020-0022).
